淺析大型建筑結(jié)構(gòu)選型及加固技術(shù)

劉 飛

(徐州工程學(xué)院土木工程學(xué)院，江蘇 徐州 221000)

0 引言

隨著我國大型建筑結(jié)構(gòu)數(shù)量的不斷增加，如何對結(jié)構(gòu)進行選型顯得尤為重要，因為好的結(jié)構(gòu)形式不僅僅需要考慮其使用功能，同時還需要做到結(jié)構(gòu)的安全合理、可施工性、造價上的經(jīng)濟等。可見在對大型建筑物進行方案設(shè)計時，必須將結(jié)構(gòu)選型放在重要地位。同時還值得關(guān)注的一點是，隨著建筑物年限的增加，會因劣化、損傷等造成其使用功能的下降，此時則需要對現(xiàn)有的建筑物進行科學(xué)的分析，重點分析其劣化損傷的規(guī)律和程度，在此基礎(chǔ)上進行相應(yīng)的加固，常用的加固技術(shù)很多，包括增大截面法、預(yù)應(yīng)力加固法以及改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法等。

1 影響結(jié)構(gòu)選型的因素及原則

想要選擇最佳的結(jié)構(gòu)形式，則首先應(yīng)該分析影響大型建筑結(jié)構(gòu)選型的因素有哪些，常見的影響因素可以大致的歸結(jié)為如下幾個方面：

1)結(jié)構(gòu)功能適應(yīng)方面：主要是從兩個方面著手即內(nèi)部空間設(shè)計和使用功能方面，其中的使用功能主要是考慮該建筑物的具體用途。

2)結(jié)構(gòu)受力方面：主要是結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)能力、抗震能力以及整體剛度等，無論考慮何種能力，都必須保證整個建筑物受力體系的合理性。

3)結(jié)構(gòu)美學(xué)理念方面：大型建筑物不僅需要滿足人們的功能需求，同時還需要保證一定的美學(xué)性，主要包括單體視覺形象美、外部環(huán)境系統(tǒng)的協(xié)調(diào)美、內(nèi)部功能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)美以及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的技術(shù)美等。

4)結(jié)構(gòu)在成本控制方面：建設(shè)大型建筑物所需要的費用很高，所以，在建設(shè)之前都必須對其進行綜合經(jīng)濟分析，能夠在一定程度上減少建設(shè)費用，提高工程投資的經(jīng)濟效益。

分析了影響大型建筑物結(jié)構(gòu)選型的因素之后，則有必要就其具體的選型原則進行相應(yīng)的闡釋，其選型原則可以大體的歸結(jié)為如下幾點：

1)保證建筑物體系的安全性：建筑工程中必須嚴格按照工程規(guī)范要求，在選擇建筑材料時必須進行綜合考慮其性能。

2)建筑物的經(jīng)濟性：合理的考慮建筑材料的價格問題，合理的對建設(shè)工期進行安排等。

3)先進性，可以在建設(shè)的過程中使用一定的新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)、新材料以及新工藝等，用于縮短建設(shè)工期和提高建筑物的質(zhì)量，在提高先進性時必須保證建筑物的安全性，一切以安全為主。

2 建筑結(jié)構(gòu)選型

2.1 建筑結(jié)構(gòu)體系選擇

修建大型建筑物之前，首先應(yīng)該就其結(jié)構(gòu)體系進行合理的選擇，是采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系還是選擇鋼結(jié)構(gòu)體系，或者選擇鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)體系，以下就這3 種主要的結(jié)構(gòu)體系進行一一分析。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系，如果只是單純的利用混凝土進行修建，雖然能夠保證建筑物的抗壓性能，但是其抗拉性能便不能得到保證，所以可以選擇在混凝土中加入一定數(shù)量的鋼筋，這樣便能合理的利用上鋼筋的強抗拉性能。對于該種結(jié)構(gòu)形式而言，其不僅能夠更加合理的利用鋼筋和混凝土兩種材料的受力性能特點，同時還能夠在一定程度上降低工程造價，保證建筑結(jié)構(gòu)的耐火性和耐久性，提高整體性能等。

如果是選擇鋼結(jié)構(gòu)體系，由于該體系的特點在于構(gòu)件截面較小，并且其自身的重量較輕，具有很好的抗震性能等，所以能夠保證建筑結(jié)構(gòu)的性能。鋼結(jié)構(gòu)體系之所以沒有被廣泛的應(yīng)用于建筑工程中，主要是因為鋼材的造價高、容易被腐蝕以及防火性較差等。其主要結(jié)構(gòu)形式有框架形式、框架－支撐形式等多種形式。

選擇鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)體系，現(xiàn)階段工程中使用的該種體系一般有兩種：

1)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)形式，指的是在混凝土內(nèi)部設(shè)置一定數(shù)量的內(nèi)含型鋼的勁性鋼筋，該體系能夠提高建筑結(jié)構(gòu)的承載力、抗裂性及抗震性。

2)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)形式，指的是利用混凝土填充鋼管，該結(jié)構(gòu)形式在三向受壓狀態(tài)情況下，混凝土自身的性能會得到很大的改善，進而提高結(jié)構(gòu)的承載力、塑性、韌性以及抗震性能等。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)選型

實際工程中，需要首先掌握建筑結(jié)構(gòu)的具體使用功能、建設(shè)周邊地區(qū)的地震基本烈度、基礎(chǔ)的地質(zhì)情況、材料供應(yīng)情況以及施工單位的具體技術(shù)條件等，在此基礎(chǔ)上嚴格按照工程設(shè)計相關(guān)規(guī)范和原則，進行綜合分析，最終選擇最為合理的結(jié)構(gòu)形式。以下就一些大型建筑結(jié)構(gòu)選型進行分析：

1)對于建筑高度比較高的，可以考慮鋼結(jié)構(gòu)形式，這里的建筑“高度”需要根據(jù)具體情況進行相應(yīng)的分析。當(dāng)建筑體型為板式樓的，可以優(yōu)先考慮剪力墻板鋼結(jié)構(gòu)，當(dāng)為塔式樓時，可以優(yōu)先考慮筒體鋼結(jié)構(gòu)形式。

2)當(dāng)該大型建筑物為高層教學(xué)樓或者病房樓時，可以優(yōu)先考慮使用混凝土框架－剪力墻結(jié)構(gòu)或者混凝土框架結(jié)構(gòu)。

3)對于體育館、影劇院等大型建筑結(jié)構(gòu)，由于其往往需要大空間的屋蓋結(jié)構(gòu)，所以可以優(yōu)先考慮鋼結(jié)構(gòu)形式。

3 建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)

建筑結(jié)構(gòu)加固的原則有如下5 點，即結(jié)構(gòu)體系總體效應(yīng)、先鑒定后加固、材料的選用、加固方案的優(yōu)化以及與抗震設(shè)防結(jié)合的原則。以下就基于這5 點原則分析現(xiàn)階段施工中常用的一些加固技術(shù)。

1)利用砌體結(jié)構(gòu)對建筑結(jié)構(gòu)進行加固，常用的方法有：利用鋼筋混凝土對建筑結(jié)構(gòu)進行外加層加固，該技術(shù)主要適用于對柱、帶壁墻的加固；利用鋼筋水泥砂漿進行加固，主要適用于對砌體墻的加固；在建筑結(jié)構(gòu)外部設(shè)置一定數(shù)量的扶壁柱，一般僅適用于非地震區(qū)；利用預(yù)應(yīng)力撐桿進行相應(yīng)的加固，常被使用于處理高應(yīng)力、高應(yīng)變狀態(tài)的砌體結(jié)構(gòu)。

2)在建筑結(jié)構(gòu)的表面用特制的膠粘貼鋼板進行加固，原理在于讓鋼板和混凝土能夠共同工作，進而提高建筑結(jié)構(gòu)的承載力，該技術(shù)的核心在于提高原結(jié)構(gòu)的配筋數(shù)量，進而達到提高結(jié)構(gòu)的整體剛度、抗拉、抗壓、抗彎和抗剪等性能，現(xiàn)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域和公路橋梁領(lǐng)域。

3)預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，其具體施工是在原建筑結(jié)構(gòu)的周邊設(shè)置一定數(shù)量的預(yù)應(yīng)力鋼拉桿或撐桿，從而在一定程度上影響并改變原建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力分布，最終提高原建筑結(jié)構(gòu)的承載能力。該技術(shù)的主要特點能夠達到的效果有3 個方面，即對結(jié)構(gòu)進行加固、卸載和改變原建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。

4)在建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)部梁或者板等部分粘貼一定的纖維復(fù)合材料，我國現(xiàn)階段比較常用的復(fù)合材料是碳纖維片材，施工的具體部分大致有如下一些，在粱、板等的受拉區(qū)，在粱、柱等構(gòu)件的側(cè)面和底部，在構(gòu)件四周，在受拉件的軸向進行粘貼等。

4 結(jié)語

綜上所述，影響大型建筑結(jié)構(gòu)的選型因素主要體現(xiàn)在建筑物的功能要求、結(jié)構(gòu)受力合理性、經(jīng)濟因素的制約等方面，所以，在選擇建筑結(jié)構(gòu)的形式時，需要綜合考慮多個方面，能夠選擇最佳的結(jié)構(gòu)形式。對于建筑結(jié)構(gòu)的加固，同樣，也需要結(jié)合實際情況，充分考慮各方面因素，以便選擇最優(yōu)的加固方案。

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